Как лидар находит города под джунглями
В апреле 2012 года над Ангкором летал вертолёт с прибором на подвесе. Двадцать часов налёта, 370 квадратных километров — и под сплошным лесом проступили улицы, каналы, дамбы, пруды и кварталы, которые сто пятьдесят лет искали пешком и не нашли.
Прибор не просвечивал лес. Он воспользовался тем, что лес дырявый.
Линейка, сделанная из времени
Лидар меряет расстояние секундомером. Он посылает вниз короткий лазерный импульс и засекает, через сколько вернётся отражение. Скорость света известна — 300 000 километров в секунду, — значит, время пути пересчитывается в дальность: умножить на скорость и поделить пополам, потому что импульс прошёл дорогу дважды.
Масштаб этого секундомера стоит осознать. Одна наносекунда задержки — это 15 сантиметров высоты. Прибор различает единицы наносекунд, поэтому и точность получается сантиметровой.
Дальше нужно знать, откуда именно стреляли. За это отвечают спутниковая навигация и инерциальный блок: они фиксируют координаты и наклон сканера в каждый момент. Зеркало разворачивает луч поперёк курса, вертолёт летит вперёд — и каждый импульс превращается в точку с координатами. Современные сканеры дают от двухсот тысяч до нескольких миллионов импульсов в секунду.
Секрет — в промежутках между листьями
Ключевая идея простая до обидного: лазер не пробивает листву — он попадает мимо неё.
Крона не сплошная, между листьями есть просветы. Одни импульсы отражаются от верхушек, другие проскакивают глубже, задевают ветки среднего яруса, третьи долетают до земли. Причём один импульс имеет ширину и может вернуться несколькими эхо подряд: сначала от вершины дерева, потом от подлеска, последним — от почвы. Современные сканеры записывают до пяти-семи таких отражений на импульс.
Отсюда и стратегия: стрелять густо. Доля импульсов, добравшихся до земли под плотным тропическим пологом, невелика, но если выпустить их достаточно много, оставшихся хватает, чтобы восстановить поверхность.
Что остаётся, когда убрать лес
Собранное облако точек классифицируют: эти точки — растительность, эти — здания, эти — грунт. Растительность отбрасывают. Из грунтовых точек строят цифровую модель рельефа, а её подсвечивают косым виртуальным солнцем — так, как никогда не бывает в природе, потому что настоящее солнце в джунглях до земли не доходит.
И на этой подсветке становятся видны вещи, которые с земли не читаются в принципе: насыпи высотой в полметра, оплывшие рвы, прямоугольные пруды, сетка дорог. По отдельности — просто неровности почвы. Сверху и целиком — план города.
Ангкор: два подхода
Съёмка 2012 года, которую вёл консорциум KALC, охватила центральную часть Большого Ангкора. Результаты Дэмиана Эванса с коллегами вышли в *PNAS* в 2013 году и переписали представление о масштабе кхмерской столицы.
В апреле 2015-го работу расширили: инициатива CALI отсняла около 1900 квадратных километров — на тот момент крупнейшая лидарная съёмка, выполненная археологическим проектом. Под лесом Пном-Кулена обнаружилась планировка Махендрапарваты, столицы раннеангкорского периода, о которой до этого знали в основном по надписям.
Не только Камбоджа
В 2016 году инициатива PACUNAM отсняла 2144 квадратных километра биосферного заповедника Майя в Гватемале. По этим данным насчитали более 61 000 построек: дома, террасы, дороги, оборонительные сооружения. Работа вышла в *Science* в 2018-м, и вывод был тот же, что и в Ангкоре — плотность населения классических майя занижали в разы.
Чего лидар не умеет
Он не видит под землёй. Всё, что лидар фиксирует, — микрорельеф поверхности: то, что осело, но не исчезло. Погребённое культурным слоем или смытое ему недоступно.
Он не отличает археологию от природы. Насыпь может оказаться старой дамбой, а может — естественной грядой. Проверять всё равно надо ногами и лопатой, и после каждой такой съёмки начинается многолетняя наземная работа.
И он проигрывает густому подлеску: там, где нижний ярус сплошной, до земли не доходит ничего.
Но там, где работает, он делает то, чего не может ни одна другая техника. Он снимает лес — не трогая ни одного дерева.